|
ДокладыМоделирование реакций присоединения кислорода во флавин-зависимых монооксигеназах методами квантовой химииМосковский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, Химический факультет ул. Колмогорова, 1, стр.3, Москва Флавиновые кофакторы (производные витамина B2) широко представлены в разнообразных ферментах и играют важную роль в биохимии. Их каталитическая активность обусловлена способностью принимать или отдавать два электрона на различные субстраты [1]. Особое место в иерархии флавин-содержащих ферментов занимают монооксигеназы, в которых флавиновый кофактор образует ковалентную связь с одним из атомов молекулярного кислорода. Длительное время считалось, что механизм образования ковалентной связи флавин-кислород одинаков для всех монооксигеназ [2]. Однако, относительно недавно был обнаружен ряд монооксигеназ, которые, судя по всему, не подчиняются классическому механизму образования связи C4a-O, и для них был предложен новый механизм, приводящий к образованию N5-оксида флавина [3,4]. В связи с этим возникает задача установления доминирующего механизма в обнаруженных атипичных монооксигеназах, а также в еще не открытых. Для решения поставленной задачи был рассмотрен комплекс люмифлавина с молекулярным кислородом, который возможно использовать в качестве референса при установлении механизма активации кислорода в конкретных белках. В результате расчетов по теории функционала плотности (U-PBE0-D3/6-31+G**) было проведено сравнение двух предложенных путей реакции присоединения кислорода. В дополнение к обсуждаемым в литературе механизмам, в референсном комплексе были рассмотрены реакции образования C4a-OOH аддукта по типу образования N5-OOH аддукта, а также перегруппировка двух аддуктов друг в друга. Расчеты показали, что одностадийная реакция образования C4a-OOH (так называемый классический механизм) характеризуется высокой энергией активации. Снижение энергии активации происходит для связанного переноса протона и электрона, что в конечном итоге может приводить к образованию как N5-OOH, так и C4a-OOH аддукта, причем последний является более стабильным и образуется с меньшей энергией активации. Перегруппировка аддуктов друг в друга маловероятна из-за большого энергетического барьера протекания реакции в обоих направлениях. Работа выполнена при поддержке РНФ 22-13-00012.
Литература 1. Fagan R.L., Palfey B.A. Flavin-dependent enzymes. – Amsterdam: Elsevier, 2010. 37–113. 2. Romero E. et. al. Same Substrate, Many Reactions: Oxygen Activation in Flavoenzymes // Chem. Rev. Vol. 118, No. 4, 2018. Pp. 1742-1769. 3. Teufel R. et. al. Biochemical Establishment and Characterization of EncM’s Flavin-N5-oxide Cofactor // J. Am. Chem. Soc. Vol. 137, No. 25, 2015. Pp. 8078-8085. 4. Teufel R. et. al. Enzymatic control of dioxygen binding and functionalization of the flavin cofactor // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. Vol. 115, No. 19, 2018. Pp. 4909-4919.
Материалы доклада |
